Cooperative Catalysis by Surface Lewis Acid/Silanol for Selective Fructose Etherification on Sn-SPP Zeolite

化学 硅醇 异构化 路易斯酸 催化作用 果糖 沸石 吸附 有机化学 介孔材料
作者
Tyler R. Josephson,Robert F. DeJaco,Swagata Pahari,Limin Ren,Qiang Guo,Michael Tsapatsis,J. Ilja Siepmann,Dionisios G. Vlachos,Stavros Caratzoulas
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:8 (10): 9056-9065 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b01615
摘要

While Lewis-acid zeolites, such as Sn-Beta, catalyze glucose isomerization in an alcoholic medium, mesoporous Sn-SPP catalyzes both glucose isomerization to fructose and fructose etherification (formally ketalization) to ethyl fructoside, enabling fructose yields in excess of the glucose/fructose equilibrium. Using periodic density functional theory calculations and force-field-based Monte Carlo simulations, the ketalization reaction mechanism and adsorption behavior were examined. The silanols on the Sn-SPP mesopore surface facilitate the ketalization reaction through hydrogen bonding interactions at the transition state, only possible via a Sn–O–Si−OH moiety, present in Sn-SPP but not in Sn-Beta. Fructose ketalization is favored over glucose acetalization due to differences in stability of the oxonium intermediates, which are stabilized by the Sn-SPP active site. The open site of hydrophobic Sn-Beta cannot perform these reactions because its active site does not contain an adjacent silanol of the right geometry. In addition to the more favorable activation barrier of the catalytic process, the adsorption at the catalytic site in Sn-SPP is also found to be more favorable than for Sn-Beta, in spite of competitive adsorption between fructose and ethanol in the ethanol-saturated zeolites.
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